鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計

1、6、7道翻車機封閉廠房 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計粗算作者：張輝單位：神華寧夏煤業(yè)集團太西洗煤廠時間：2015.5.18§建筑部分一、 平面設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場條件：采用雙跨鋼結(jié)構(gòu)，跨度為24米，。參照工程應(yīng)用實例，廠房平面布置為雙跨矩形平面。其柱網(wǎng)采用 6m間距，廠房出入口尺寸取3900 ×3300 。屋頂坡度取1/10，為考慮到運輸工具進出廠房的便利及防止雨水侵入室內(nèi)，取廠房室內(nèi)外高差為200mm。二、 廠房天然采光設(shè)計根據(jù)我國工業(yè)企業(yè)采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可知，本廠房的采光等級為III級。本廠房擬采用混合采光，雙側(cè)采光+頂部采光?？v墻上的開窗總面積為：(2.6×3×34=265

2、m2)，頂部為2100×3000×10型PC陽光板（如圖2-1所示），白天采光性能好，滿足采光要求，陽光板拼接方式示意圖如圖2.1所示。圖2-1 陽光板圖2-2 陽光板拼接方式示意圖三、 廠房屋面排水設(shè)計采用檐溝外排水，壓型鋼屋面及檐溝構(gòu)造做法如圖3-1所示。圖 3-1 壓型鋼屋面及檐溝構(gòu)造示意圖四、 廠房立面設(shè)計廠房立面采用保溫彩鋼板，利用矩形窗，墻體勒腳等水平構(gòu)件及其色彩變化形成立面劃分形狀，使立面簡潔大方，具有開朗，明快的效果。門窗框口包角板以及女兒墻蓋板均采用藍(lán)色鋼板，以豐富立面，同時也突出了門窗的重點部位。五、 廠房的構(gòu)造設(shè)計1. 外墻本廠房外墻下部為200mm高

3、240mm厚的磚砌墻體，上部為壓型鋼板，以避免壓型鋼板直接著地而產(chǎn)生銹蝕。壓型鋼板采用保溫復(fù)合式壓型彩鋼板，并通過自攻螺絲與焊接在立柱間的矩形方管連接。壓型鋼板外墻構(gòu)造力求簡單，施工方便，與墻梁連接可靠。轉(zhuǎn)角處以包角板與壓型鋼板搭接，搭接長度為100mm，以保證防水效果。圖5-1 縱墻與山墻角部節(jié)點示意圖 2. 屋頂構(gòu)造本廠房屋面采用10mm厚陽光板有檁體系，即在鋼架斜梁上放置矩型冷軋薄壁鋼作為檁條，再鋪設(shè)陽光板屋面，以利于采光、排水，根據(jù)規(guī)范中石嘴山地區(qū)地區(qū)降雨量，排水坡度取1/10。具體構(gòu)造如下圖。圖5-2 屋脊節(jié)點示意圖3. 散水構(gòu)造廠房周圍做寬800mm的混凝土散水，散水坡度取5%，散

4、水構(gòu)造由下至上為素土夯實，80厚碎磚打底，60厚C10混凝土，10厚1：2.5水泥砂漿抹面。具體做法如下圖所示：圖5-3 散水構(gòu)造示意圖六、 門窗明細(xì)表表6-1 門窗明細(xì)表尺寸數(shù)量高度（mm）寬度（mm）2600300034 §結(jié)構(gòu)部分一、 結(jié)構(gòu)布置1. 材料的選擇材料選擇根據(jù)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002中的相關(guān)規(guī)定選取，由于本廠房是輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，本身自重較輕且吊車噸位較小，鋼架承受荷載也較小，所以廠房梁、柱、檁條等結(jié)構(gòu)構(gòu)件可選用Q235鋼，又由于廠房對材料的沖擊韌性無特殊要求，所以質(zhì)量等級可以選用B級，且廠房對鋼材無特殊要求，為了節(jié)省造價，可采用沸騰鋼，

5、因此，長房梁、柱、檁條、吊車梁、壓型鋼板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件均可選用Q235B鋼材。2. 屋面布置根據(jù)屋面壓型鋼板的規(guī)格，檁條沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根據(jù)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002中6.3.1之規(guī)定，由于檁條跨度為69m，故采用實腹式檁條。根據(jù)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002中6.3.5和6.3.6之規(guī)定，應(yīng)在檁條三分點處設(shè)置一道拉條，拉條采用10圓鋼，圓鋼拉條設(shè)在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內(nèi)，屋脊拉條為剛性，并安裝撐偶。3. 柱間支撐布置根據(jù)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002中4.5.2之規(guī)定應(yīng)在廠房兩端第一柱間設(shè)置柱間支撐，

6、并應(yīng)在中間一個柱間設(shè)置柱間支撐，柱間支撐分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐布置。兩端設(shè)上柱支撐，中間設(shè)上下柱支撐。在設(shè)置柱間支撐的開間，宜同時設(shè)置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系。4. 屋蓋支撐布置由于本廠房寬24m ，長100、50m，根據(jù)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002中4.5.2之規(guī)定，將整個廠房可劃分為一個溫度區(qū)段。因此在廠房兩端第一個柱間支撐設(shè)置橫向水平支撐。此外，還應(yīng)在廠房中間柱間內(nèi)設(shè)置屋蓋橫向水平支撐，并應(yīng)在上述相應(yīng)位置設(shè)置剛性系桿。5. 墻面結(jié)構(gòu)布置根據(jù)墻板的板型和規(guī)格，墻梁的布置沿高度方向間距每隔1.5m布置一道，根據(jù)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018-2

7、002中8.4.2之規(guī)定，本廠房跨度6m，應(yīng)在跨中位置設(shè)置一道拉條，拉條承擔(dān)的墻體自重通過斜拉條傳至承重柱和墻架柱，且應(yīng)每隔5道拉條設(shè)置一對斜拉條，以分段傳遞墻體自重，拉條為10圓鋼。根據(jù)門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002中6.4.2節(jié)，應(yīng)設(shè)置門柱窗柱，且由于門柱、窗柱需承受墻板重及自重，所以應(yīng)考慮為雙向受彎構(gòu)件，初步確定為矩形鋼管。二、 風(fēng)荷載建筑所在場地地面粗糙度類別按B類考慮，則10m以下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)為z=1.0，結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載體型系數(shù)依據(jù)規(guī)程附錄A中的A.0.1和A.0.2條的相關(guān)規(guī)定計算。垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk的計算公式為： wk=zsz w0式中w

8、0為基本風(fēng)壓，但需按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)荷載規(guī)范的規(guī)定值乘以系數(shù)1.05采用，w0=0.65x1.05=0.6825故s為風(fēng)載體型系數(shù)，背風(fēng)面：-0.5，迎風(fēng)面：-0.6. 計算主要承重結(jié)構(gòu)：wk=zsz w0風(fēng)壓高度變化系數(shù)可查荷載規(guī)范取得。將風(fēng)荷載換算成作用與框架每層節(jié)點上的集中荷載，計算過程如下表所示。表中z為框架節(jié)點至室外地面的高度，由于廠房為單層且高度只有8米，固簡化為柱頂端受力，柱頂層面分壓如下：表2.1 柱頂層節(jié)點風(fēng)壓A(m2)PK(kN)=A×1.01.30.680.740.654127.848三、 地震作用由于門式剛架結(jié)構(gòu)的自重較輕，地震作用產(chǎn)生的荷載效應(yīng)一般較小。當(dāng)抗震設(shè)

9、防烈度為8度而風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于0.45kN/時，地震作用的組合一般不起控制作用，因此，本設(shè)計只采用抗震構(gòu)造措施和簡單驗算而不做詳細(xì)的計算。四、 屋架設(shè)計1. 梁截面選擇及截面特性選用20a型熱軋工字鋼查表得其截面特性如下： 尺寸h /mm 200尺寸b /mm 100尺寸d /mm 7.0尺寸t /mm 11.4尺寸r /mm 9.0尺寸r1/mm 4.5截面面積/cm2: 35.578理論重量/(kg/m): 27.929圖4-1 檁條截面示意圖2. 荷載取值不考慮地震作用時，作用在屋頂上的荷載包括結(jié)構(gòu)自重、屋面永久荷載、屋面活荷載及風(fēng)荷載，各荷載的標(biāo)準(zhǔn)值分別如下（結(jié)構(gòu)自重由程序自動計算，并

10、參與相應(yīng)的組合）：1.屋面永久荷載Gk ：0.4kN/m2 屋面板 0.03kN/m2 屋架自重 0.6kN/m2 合計 0.63 kN/m22.屋面可變荷載Qik屋面活荷載0.5 kN/m2雪荷載:基本雪壓：s0 =0.1kN/m2 ur=1.0 sk=urs0 =0.1kN/m2屋面活荷載大于雪荷載，取兩者中較大值0.5 kN/m23.風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓w0 ：0.65 kN/m2 ；3. 豎向荷載導(dǎo)算1. 梁節(jié)點恒荷載和活荷載值，為可變荷載組合控制，見下表：表4-1 橫梁所受線荷載表橫梁線荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk(Kn/m)設(shè)計值P(kN/m)恒線荷載QGk0.63×6=2.161.2&#

11、215;2.16=2.592活線荷載QQ0.5×6=31.4×3=4.2總線荷載6.7922梁節(jié)點風(fēng)荷載值1）風(fēng)載體型系數(shù)背風(fēng)面：s=-0.5，迎風(fēng)面：s=-0.62）風(fēng)壓高度變化系數(shù)建筑所在場地地面粗糙度類別按B類考慮，屋架下弦高度9米，坡度為1/10，則10m以下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)為z=1.0, 不計風(fēng)振系數(shù)z。計算主要承重結(jié)構(gòu)：wk=zsz w0背風(fēng)面：wk1=1×（-0.5）×1×0.65=-0.325 kN/m2（垂直于屋面），為風(fēng)吸力迎風(fēng)面：wk2=1×（-0.6）×1×0.65=-0.39 kN/m2

12、（垂直于屋面），為風(fēng)吸力作用在梁邊線方向上的荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk1=-0.325×6=-1.95 kN/mWk2=-0.39×6=-2.34 kN/m作用在梁邊線方向上的的風(fēng)荷載設(shè)計值：w1=1.4×(-1.95)=-2.73 kN/mw2=1.4×(-2.34)=-3.276 kN/m4. 梁有限元分析圖4-2 梁應(yīng)力圖圖4-3 梁合位移圖圖4-4 梁安全系數(shù)圖圖4-5 連接板螺栓孔處最大應(yīng)力梁主體部分應(yīng)力最大值發(fā)生在筋板與梁接觸部位，為167Mpa<235 Mpa，橫梁中間位置合位移最大，為25mm<12000/400=30mm，符合鋼結(jié)構(gòu)橫

13、梁撓度允許值。最小安全系數(shù)1.4。測得梁與立柱連接處螺栓孔位置最大應(yīng)力200Mpa<235 Mpa，所以，連接板、橫梁滿足設(shè)計要求。螺栓所受力與螺栓孔受力大小相同，螺栓強度要求，為加強螺栓承載能力，可用6.8級高強度螺栓。五、 檁條設(shè)計1. 截面選擇及截面特性選用KQJ90×55×2.5型矩形空心管。查表得其截面特性如下： 尺寸A/mm: 55尺寸B/mm: 90尺寸t/mm: 2.5理論重量/(kg/m): 5.368截面面積/cm2: 6.839圖5-1 檁條截面示意圖2. 荷載取值永久荷載屋面板 0.03kN/m2檁條自重（包括拉條、撐偶） 0.08kN/m2合

14、計 0.11 kN/m2可變荷載（1）屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB5009-2001，本廠房采用輕型屋面板，屋面為上人屋面，其水平投影面上的屋面均不活荷載按表4.3.1采用，標(biāo)準(zhǔn)值取0.5kN/m2（2）屋面雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009_2001可知，基本雪壓為0.1kN/m2作用在每根檁條上的恒荷載和活荷載值，為可變荷載組合控制，見下表：表5-1 檁條所受線荷載表每根檁條線荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk(Kn/m)設(shè)計值P(kN/m)恒線荷載QGk0.11×1.5=0.1651.2×0.165=0.198活線荷載QQ0.5×1.5=0.751.4

15、×1.5=1.05總線荷載1.2483. 屋面風(fēng)荷載作用在每根檁條線方向風(fēng)荷載設(shè)計值：w1=1.4×(-2.925)=-4.095 kNw2=1.4×(-3.51)=-4.914 kN4. 有限元分析由于屋面風(fēng)荷載為吸力，且吸力小于每根檁條所受總荷載1.248×7.448KN,分荷載只有減小檁條所受其余荷載的趨勢，所以就在分析時不計風(fēng)荷載。圖5-2 檁條應(yīng)力圖圖5-3 檁條合位移圖圖5-4 檁條安全系數(shù)圖檁條應(yīng)力最大值在檁條與梁焊接處，為213Mpa<235Mpa. 最大合位移發(fā)生在檁條中間位置，為26mm<6000/200=30mmm，撓度

16、符合要求。最小安全系數(shù)1.1。綜上，應(yīng)在檁條與橫梁固定處焊接角鐵，增大接觸面積，減小應(yīng)力集中。在安裝時在檁條與橫梁接觸部位適當(dāng)加裝拉條，增強整體強度。六、 高低轉(zhuǎn)換部位牛腿設(shè)計1. 截面選擇圖6-1 牛腿節(jié)點示意圖牛腿選用結(jié)構(gòu)如上所示，由于高低轉(zhuǎn)換部位風(fēng)壓較低，不納入計算。每個牛腿上的支撐力近似為1/3（1組梁個梁自重）+1/2（8根檁條重）+相應(yīng)面積屋面板重量即1/3×8.8+（0.38×8）/2+0.03×6×12=22.8 KN2. 有限元分析圖6-2 應(yīng)力圖圖6-3 合位移圖圖6-4 安全系數(shù)圖由上圖可知，腿與立柱工字鋼焊接部位，為26Mpa&l

17、t;235Mpa,合位移在牛腿前邊緣部位，為0.046mm。最小安全系數(shù)為9，牛腿符合設(shè)計要求。七、 立柱設(shè)計1. 初選截面 廠房跨度為24米，初選截面如下：剛架柱選用HT250×175型H型鋼，截面示意圖及截面參數(shù)如下所示：截面尺寸/mm|H: 238截面尺寸/mm|B: 173截面尺寸/mm|t1: 4.5截面尺寸/mm|t2: 8截面尺寸/mm|r: 13截面面積/cm2: 39.12理論重量/(kg/m): 30.7圖7-1 立柱截面示意圖2. 立柱受力分析單組結(jié)構(gòu)抗風(fēng)能力計算由上面對墻面分何在的計算可知作用在每組立柱結(jié)構(gòu)中的風(fēng)荷載如下表所示：表7-1 每組立柱結(jié)構(gòu)頂端中的風(fēng)

18、荷載表A(m2)PK(kN)=A×1.01.30.680.740.654127.848立柱有限元分析按最不利因素，風(fēng)荷載平均分配到3個立柱上，背風(fēng)面墻立柱承受屋架重量在水平方向的分量。因此，在立柱上端施加以上兩力進行有限元分析。圖7-2 柱應(yīng)力圖圖7-3 柱合位移圖圖7-4 柱安全系數(shù)圖立柱應(yīng)力最大值在檁條與加強筋板接處，為30Mpa<235Mpa。地腳螺栓孔最大應(yīng)力13Mpa<235Mpa。 最大合位移發(fā)生在立柱頂端位置，為24mm<7000/150=46mm，撓度符合要求。最小安全系數(shù)7.6。綜上，立柱、地腳螺栓、符合使用要求。八、 抗風(fēng)柱設(shè)計為了便于制作及安裝，抗風(fēng)柱也采用25b型工字鋼。為了預(yù)留大門位置，抗風(fēng)柱間距為4.3米<6米,由上面對側(cè)面立柱受力分析可知，抗風(fēng)柱符合設(shè)計要求。實際上，抗風(fēng)柱的設(shè)置可以作為大門安裝的立柱。九、 基礎(chǔ)設(shè)計1. 基礎(chǔ)的選擇由于本設(shè)計采用的上部結(jié)構(gòu)為輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，荷載較小，所以選擇基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范GB50007-2002中8.2.2其構(gòu)造要求是：1、錐形基礎(chǔ)的邊緣高度不小于200mm，階梯形基礎(chǔ)